CN102431876A - 自动旁路变频扶梯一体化控制器 - Google Patents

Abstract

本发明自动旁路变频扶梯一体化控制器，包括电源输入端R、S、T、逻辑控制器、驱动器、主电机M1，电源输入端R、S、T与驱动器相联，驱动器通过变频器驱动接触器KMB与主电机M1的输入端联接；主电机M1的输入端还连接电源驱动接触器KMG，KMG分别通过接触器KMD、KMU连接电源输入端R、S、T，KMD与KMU并联；主电机M1输出端联接接触器KMS、KMF，KMS与KMF并联，KMF的另一端与主电机M1的输入端相联；逻辑控制器分别与KMG、KMB的控制输入端相联，逻辑控制器包括扶梯防超速电路、扶梯防逆转电路，逻辑控制器采集信号，将信号发送给驱动器，驱动器根据信号驱动主电机M1运行。本发明将扶梯多功能有效结合，便于扶梯安装调试，确保扶梯高效、稳定、安全地运行。

Description

自动旁路变频扶梯一体化控制器

技术领域

本发明属于扶梯控制装置技术领域，具体涉及一种自动旁路变频扶梯一体化控制器，用于满足旁路变频扶梯控制需求，其具有安装方便、调试简易、安全性高、体积小等优点。

背景技术

扶梯广泛应用于商场、机场、车站、人行道等人员流动比较大的场所。从控制上来区分，扶梯可以分为三种：工频扶梯、全变频扶梯、旁路变频扶梯。工频扶梯的控制器包括PLC、接触器及主电机等部件，主电机供电频率始终为工频(50Hz)，该控制器存在的缺点是：不管是否有人乘梯，主电机一直高速运行，以致在无人乘梯的情况下，也照常支行，从而不能节能，能耗较大。

全变频扶梯的控制器包括电源输入端、主控制器、变频器及主电机等部件，主控制器根据扶梯光电检测信号判断是否有人乘梯，从而改变变频器输出频率，主电机供电电源频率在变频器控制下改变，无人乘梯时，主电机供电电源频率低于工频，电机低速运行；有人乘梯时，主电机供电电源频率等于工频，主电机高速运行。与工频扶梯相比，此控制器具有节能的优点，但其也存在如下缺点；虽然在无人时主电机低速运行，能够节省一部分电能，但变频器始终处于工作状态，当主电机在工频下工作时仍然由变频驱动，变频器本身也要消耗电能，从另一个角度而言，其也不是节能运行，而且对变频器的性能要求高、输出功率大，需要采用大功率变频器，并且变频器使用寿命短、成本高，相对无竞争优势。

旁路变频扶梯的控制器主要是由变频器、逻辑主控制板、旁路同步器、三相相序检测器组成，该控制器存在的缺陷是：首先，其上述四部分都是相对独立的，并没有实现将变频器与部分扶梯功能进行整合，因此在调试扶梯时，调试人员必须对上述四个部分分别进行调试，使得这四部分配合工作，这就增加了调试难度和生产难度；其次，让四个独立的部分协调工作，相互之间需要进行信息交换，这容易出现信号干扰以及信号连接问题，增加了故障的发生概率。

扶梯的运转是由电机来带动的，电机的转向决定了扶梯的运行方向，但是，在某些情况下，电机会反转，从而导致扶梯逆行，出现意外伤害。为此，中国专利号ZL200820087164.2提供了一种自动扶梯防逆转控制装置，当电机突然逆转时，可以及时将其制停，有效地避免因扶梯突然逆向运行造成乘客的意外伤害。

本发明基于旁路变频扶梯，提供了另一种具有防逆转功能的自动旁路变频扶梯一体化控制器。

发明内容

本发明提供了一种自动旁路变频扶梯一体化控制器，其将扶梯的变频调速、启停控制、全速运行控制、防逆转等功能有效地结合，从而便于扶梯的安装调试，且确保了扶梯在高效、稳定、安全的状态下运行。

本发明是通过以下技术方案来实现：自动旁路变频扶梯一体化控制器，包括电源输入端R、S、T、逻辑控制器、驱动器、主电机M1，电源输入端R、S、T与驱动器的三个相对应的端口R、S、T相联，驱动器的另三个端口U、V、W通过变频器驱动接触器KMB与主电机M1的输入端联接；主电机M1的输入端还连接电源驱动接触器KMG，电源驱动接触器KMG分别通过接触器KMD、接触器KMU连接电源输入端R、S、T，接触器KMD与接触器KMU并联；主电机M1的输出端联接接触器KMS、接触器KMF，接触器KMS与接触器KMF并联，接触器KMF的另一端与主电机M1的输入端相联；逻辑控制器分别与电源驱动接触器KMG、变频器驱动接触器KMB的控制输入端相联，逻辑控制器包括扶梯防超速电路、扶梯防逆转电路，逻辑控制器采集信号，将信号发送给驱动器，驱动器根据信号驱动主电机M1运行。

所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，扶梯防逆转电路包括第一检测回路(1)和第二检测回路(2)，第一检测回路(1)、第二检测回路(2)各包含：直流电源、传感器、电压比较器电路和继电器，直流电源分别与传感器、电压比较电路、继电器相联；传感器与电压比较电路相联，电压比较电路与继电器相联，电压比较电路还与逻辑控制器的主控制器相联，主控制器与安全电路相联；两传感器分别固定安装于扶梯转盘的两侧。

所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，扶梯防超速电路包括第三检测回路(3)和第四检测回路(4)，第三检测回路(3)、第四检测回路(4)各包括：直流电源、传感器、频率比较器电路、电压比较电路和继电器，直流电路分别与传感器、电压比较电路、继电器相联，传感器与频率比较电路相联，频率比较电路与电压比较电路相联，电压比较电路与继电器相联；电压比较电路与逻辑控制器的主控制器相联，主控制器与安全电路相联；两传感器分别安装于扶梯转盘的两侧，通过磁场变化产生脉冲。

所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，逻辑控制器还包括同步功能的电压信号检测电路、同步功能的相位信号检测电路、三相电源相序信号检测电路、扶梯工频/变频运行使能控制电路、服务器接口电路、扶梯安全监控电路、电源指示灯输出、RX/TX通讯接口电路、扶梯故障LED显示电路、扶梯IO口输入输出控制电路。

所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，三相电源相序信号检测电路用于三相输入电源缺相、错相检测，所述的电源输入端R、S、T，任意两配对成三组即R相和S相、R相和T相、S相和T相组成三个检测回路，通过三个光耦把正弦波的强电转换成低电压的脉冲波形信号，送入逻辑控制器进行处理。

所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，同步功能的相位信号检测电路包括两组降压电路，一组是电源输入端S、T经过工频变压器降压并经运放滤波处理，输出低压交流信号；另一组是电源输入端V、W经过工频变压器降压并经运放滤波处理，输出低压交流信号；两组低压交流信号分别转换成两组方波信号即VW、ST相位信号、两组幅值直流电压信号即VW、ST电压信号，这四个信号通过排线传输到逻辑控制器进行处理。

本发明自动旁路变频扶梯一体化控制器将扶梯的变频调速、启停控制、全速运行控制、防逆转等功能有效地结合，从而便于扶梯的安装调试，且确保了扶梯在高效、稳定、安全可靠的状态下运行。

附图说明

图1是本发明旁路变频扶梯控制器的外围接线图。

图2是驱动器与逻辑控制器的接线示意图。

图3是驱动器内部电路的结构框图。

图4是逻辑控制器内部电路的结构框图。

图5是相序检测电路的结构框图。

图6是同步功能电路的结构框图。

图7是扶梯防逆转电路的结构框图。

图8是扶梯防超速电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明技术方案作进一步说明。

如图1-8所示，自动旁路变频扶梯一体化控制器包括电源输入端R、S、T、逻辑控制器、驱动器和主电机M1，电源输入端R、S、T与驱动器的三个相对应的端口R、S、T相联，驱动器的PE端口接地，驱动器的三个端口U、V、W通过变频器驱动接触器KMB与主电机M1的输入端联接；主电机M1的输入端还连接电源驱动接触器KMG，电源驱动接触器KMG通过接触器KMD、KMU连接电源输入端R、S、T，接触器KMD与KMU并联。逻辑控制器分别与电源驱动接触器KMG、变频器驱动接触器KMB的控制输入端相连，当逻辑控制器检测到变频器输出电压与电源电压同相位同频率时，逻辑控制器根据同步信号和控制器的变频/工频工作状态，控制电源驱动接触器和变频器驱动接触器的断开/闭合；接触器KMD是扶梯下行运行时，工频电源与主电机之间的接触器，接触器KMU是扶梯上行运行时，工频电源与主电机之间的接触器。主电机M1的输出端联接接触器KMS、KMF，接触器KMS与KMF并联，接触器KMF的另一端与电源驱动接触器KMG相联。

如图3所示，主电机变频驱动器包括：三相整流电路、三相逆变电路、同步功能的电压信号产生电路、同步功能的相位信号产生电路、三相电源相序信号产生电路、风扇输出控制电路、散热器温度检测电路、电源指示灯输出电路、RX/TX通讯接口电路、驱动器运行使能电路。

如图4所示，逻辑功能控制器包括：扶梯NRD防逆转电路、扶梯NOS防超速电路、同步功能的电压信号检测电路、同步功能的相位信号检测电路、三相电源相序信号检测电路、扶梯工频/变频运行使能控制电路、服务器接口电路、扶梯安全监控电路、电源指示灯输出、RX/TX通讯接口电路、扶梯故障LED显示电路、扶梯IO口输入输出控制电路。

参见图5，相序检测电路：具有三相输入电源缺相、错相检测功能。电源输入端R、S、T，任意两配对成三组，R相和S相、R相和T相、S相和T相组成三个检测回路，通过三个光耦把正弦波的强电转换成低电压的脉冲波形信号，信号送入到逻辑控制器的ARM芯片(其是NXP品牌的LPC1764FBD100芯片)进行运算处理，可以ARM芯片的程序通过测试每两相脉冲的上升沿间隔时间，可以推算出周期T是多少，频率就是周期的倒数。以R和S组成回路，脉冲信号的上升沿为基准，再测量S和T组成回路的脉冲信号上升沿延时的时间t1，跟T和R组成回路的脉冲信号上升沿延时的时间t2，t1、t2除以周期时间T乘以360就能分别得到延时的角度。从而推算动R、S、T三者之间的相位关系；如果测试的三个回路中，脉冲上升沿的顺序与软件设定的顺序不一致时，则表示三相电源相序有误；当R、S、T中任缺一相时，则仅有一个回路有脉冲；如果缺两相或三相电源，变频器是不工作的。

参见图6，旁路同步功能信号检测电路：包括两组降压电路，一组是输入端S、T经过工频变压器降压并经运放滤波处理，输出低压交流信号，另一组输入端子V、W经过工频变压器降压并经运放滤波处理，输出低压交流信号，两组低压交流信号分别转换成两组方波信号即VW、ST相位信号，两组幅值直流电压信号即VW、ST电压信号，这四个信号通过排线传输到逻辑功能控制器的ARM芯片计算处理，根据ST组成回路脉冲的上升沿时间间隔，以及VW组成回路脉冲的上升沿时间间隔的倒数，就可以算出ST，VW回路的频率，若以ST回路的脉冲上升沿为准，VW回路的脉冲上升沿的延迟时间，除以ST的脉冲时间周期，再乘以360度，就可以得到VW与ST回路的相位关系。扶梯工频和变频之间的切换运行，是通过旁路同步器的ST与VW之间的相位差的绝对值小于5度内切换，其冲击电流非常小、电流平滑度非常好，扶梯不会产生抖动现象。

如图7所示，扶梯NRD防逆转电路：具有控制自动扶梯防逆转的功能，包括二路检测回路1和2，检测回路1和2都与电机扶梯驱动转盘、逻辑功能控制器和安全电路连接实现同时或独立完成检测。其中，检测回路1和2各包含：直流电源、传感器、电压比较器电路和继电器，直流电源分别与传感器、电压比较电路、继电器相连，为它们供电。传感器与电压比较电路相连，电压比较电路与继电器相连，电压比较电路还与主控制器相联。主控制器与安全电路相联。检测回路1和2中的传感器分别固定安装于电机的两侧，用于取得扶梯转盘的信号，检测回路1、2的其它部分布置在扶梯底部的控制箱内。

检测回路1和/或2中的传感器将测得的电机转速信号传送到电压比较电路进行比较，当电压比较电路识别出电机的转速低于额定速度的20％时，将此信号传递至安全电路，从而切断安全电路使扶梯停止运行，检测电路1、2同时向逻辑控制器发送信号。

检测回路1和2同时或任一路检测电机的转速信号，发现异常时，便向逻辑控制器和安全电路发送运转与制停信号。

如图8所示，扶梯NOS防超速电路：具有控制自动扶梯防超速的功能包括有二路检测回路3和4，检测回路3和4分别与电机扶梯驱动转盘、逻辑功能控制器和安全电路连接实现同时或独立完成检测。其中：检测回路3和4各包括：直流电源、传感器、频率比较器电路、电压比较电路和继电器，直流电路分别与传感器、电压比较电路、继电器相连，传感器与频率比较电路相连，频率比较电路与电压比较电路相连，电压比较电路与继电器相连。电压比较电路与主控制器相联，主控制器与安全电路相联。检测回路3和4中的传感器分别固定安装于扶梯驱动转盘的两侧，通过磁场变化产生脉冲。

检测回路3和/或4中的传感器将测得的电机转速信号传送到频率比较电路进行比较，然后再传送至电压比较电路进行比较，当电路识别出电机转速超过额定速度的120％，将此信号传递到安全电路，从而切断安全电路使用扶梯停止运行，检测回路3、4同时向逻辑控制器发送信号。检测回路3、4同时或任一路检测电机的转速信号，测得异常时，便向逻辑控制器和安全电路发送运转与制停信号。

逻辑控制器采集各开关信号，将发送信号给驱动器，驱动器根据信号驱动电机运行。逻辑控制器时时刻刻检测扶梯的运行状态是否正常，一旦出现异常，则会立即停车，以保证乘客的安全。

本发明采用的逻辑控制器将扶梯防超速功能和防逆转功能集成在一起，同时把扶梯的部分安全功能和变频器驱动功能集成在一起，从而减少控制器的连接线，并提高了整个控制器稳定性。

本发明控制器参数设置相对比较方便，在扶梯使用前，通过外部服务器进行电机参数设置，为扶梯的正常运行提供依据。

以上对本发明的优选实施例作了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在本发明具体实施方式、应用范围上均会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.自动旁路变频扶梯一体化控制器，其特征是包括电源输入端R、S、T、逻辑控制器、驱动器、主电机M1，电源输入端R、S、T与驱动器的三个相对应的端口R、S、T相联，驱动器的另三个端口U、V、W通过变频器驱动接触器KMB与主电机M1的输入端联接；主电机M1的输入端还连接电源驱动接触器KMG，电源驱动接触器KMG分别通过接触器KMD、接触器KMU连接电源输入端R、S、T，接触器KMD与接触器KMU并联；主电机M1的输出端联接接触器KMS、接触器KMF，接触器KMS与接触器KMF并联，接触器KMF的另一端与主电机M1的输入端相联；逻辑控制器分别与电源驱动接触器KMG、变频器驱动接触器KMB的控制输入端相联，逻辑控制器包括扶梯防超速电路、扶梯防逆转电路，逻辑控制器采集信号，将信号发送给驱动器，驱动器根据信号驱动主电机M1运行。

2.如权利要求1所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，其特征是：所述的扶梯防逆转电路包括第一检测回路(1)和第二检测回路(2)，第一检测回路(1)、第二检测回路(2)各包含：直流电源、传感器、电压比较器电路和继电器，直流电源分别与传感器、电压比较电路、继电器相联；传感器与电压比较电路相联，电压比较电路与继电器相联，电压比较电路还与逻辑控制器的主控制器相联，主控制器与安全电路相联；两传感器分别固定安装于扶梯转盘的两侧。

3.如权利要求1所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，其特征是：所述的扶梯防超速电路包括第三检测回路(3)和第四检测回路(4)，第三检测回路(3)、第四检测回路(4)各包括：直流电源、传感器、频率比较器电路、电压比较电路和继电器，直流电路分别与传感器、电压比较电路、继电器相联，传感器与频率比较电路相联，频率比较电路与电压比较电路相联，电压比较电路与继电器相联；电压比较电路与逻辑控制器的主控制器相联，主控制器与安全电路相联；两传感器分别安装于扶梯转盘的两侧，通过磁场变化产生脉冲。

4.如权利要求1-3任一项所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，其特征是：所述的逻辑控制器还包括同步功能的电压信号检测电路、同步功能的相位信号检测电路、三相电源相序信号检测电路、扶梯工频/变频运行使能控制电路、服务器接口电路、扶梯安全监控电路、电源指示灯输出、RX/TX通讯接口电路、扶梯故障LED显示电路、扶梯IO口输入输出控制电路。

5.如权利要求4所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，其特征是：所述的三相电源相序信号检测电路用于三相输入电源缺相、错相检测，所述的电源输入端R、S、T，任意两配对成三组即R相和S相、R相和T相、S相和T相组成三个检测回路，通过三个光耦把正弦波的强电转换成低电压的脉冲波形信号，送入逻辑控制器进行处理。

6.如权利要求4所述的自动旁路变频扶梯一体化控制器，其特征是：所述同步功能的相位信号检测电路包括两组降压电路，一组是电源输入端S、T经过工频变压器降压并经运放滤波处理，输出低压交流信号；另一组是电源输入端V、W经过工频变压器降压并经运放滤波处理，输出低压交流信号；两组低压交流信号分别转换成两组方波信号即VW、ST相位信号、两组幅值直流电压信号即VW、ST电压信号，这四个信号通过排线传输到逻辑控制器进行处理。

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